Pingestamata p-n siire
Kui ühes pooljuhtkristallis tekitada
kaks erineva juhtivusega osa, üks elektronjuhtivusega ja teine
aukjuhtivusega, siis nende erinevate juhtivustega osade üleminekupiirkonda nimetatakse
p-n-siirdeks. Selline olukord saadakse pooljuhtkristalli erinevate lisandite
sisseviimise teel. Sellises kristallis on n-osas külluses elektrone ja p-osas
külluses auke. Difusiooni toimel hakkab taolises olukorras toimuma laengukandjate
vahetus. Tekkinud elektriväli on aga suunatud laengukandjate liikumusele vastu ja
laengukandjate liikumine ühest osast teise toimub seni, kuni nende endi poolt
tekitatud elektriväli selle katkestab. Laengute tõttu tekib p- ja n-kihi vahele
potentsiaal, mille suurus
sõltub ainest (germaaniumi korral ligikaudu 0,3 volti; räni
puhul pisut üle 0,6 voldi).
Joonis 1. Pingestamata p-n siire. [2]
Vastupingestatud p-n siire
Kui ühendada p-n-siire pingeallikaga
selliselt, et pingeallika plussklemm oleks ühendatud n-osaga ja miinusklemm
p-osaga, siis on vooluallika poolt tekitatud elektriväli samasuunaline p-n-siirde
elektriväljaga. Elektriväljade liitumise tõttu suureneb summaarne
potentsiaalibarjäär veelgi. Samal ajal leiab aset ka enamuslaengukandjate liikumine
(pingeallika elektrivälja mõjul) pingeallika klemmide poole ja ruumilaengu tihedus suureneb
veelgi. Kuna elektriväli on nüüd siirdes eelnevaga võrreldes veelgi tugevam,
siis ei saa enamuslaengukandjad siiret üldse läbida. Seda olukorda võib kujutada
ka nii, nagu muutuks tõkkekiht paksemaks. Selliselt pingestatud siirde olukorda
nimetatakse vastupingerežiimiks. p-n-siiret läbib vastupinge olukorras ainult väga nõrk
vool, mida nimetatakse vastuvooluks. Vastuvoolu põhjustajaks on
vähemuslaengukandjad. Tingituna vähemuslaengukandjate piiratud
kontsentratsioonist ei sõltu vastuvool siirdele rakendatud vastupingest.
Joonis 2. Vastupingestatud p-n siire. [3]
Päripingestatud p-n siire
Kui ühendada p-n-siire vastupidise
polaarsusega pingeallikaga, siis on ka esinevad nähtused vastupidised võrreldes
eelmisega juhtumiga. Sel juhul on välise pingeallika poolt tekitatud elektriväli
suunatud vastu p-n-siirde elektriväljale ja siirdes mõjuv elektriväli hakkab vähenema,
muutub nulliks ja siis muudab koguni suunda. Samal ajal liiguvad enamuslaengukandjad
siirde suunas, kuni laengud siirdes kaovad koos potentsiaali-barjääri kadumisega. Sellises
olukorras hakkavad enamuslaengukandjad soodustatult läbima siiret ja kogu vooluringi
läbib tugev vool. Selliselt pingestatud siirde olukorda nimetatakse ava- ehk pärisuunarežiimiks
ja esinevat voolu ava- ehk pärivooluks. Seega näeme, et p-n-siirdel on ventiili
omadus juhtida voolu ühes suunas, p-n-siire ongi sellest omadusest tulenevalt
pooljuhtdioodide põhiosaks. Eri materjalidel on potentsiaalibarjäär erinev ja sellest
tulenevalt algab ka pärivool erinevatel pingete väärtustel. (germaaniumil
ligikaudu 0,3 volti, ränil natuke üle 0,6 voldi).
Joonis 3. Päripingestatud p-n siire. [4]